Оптико-электронное устройство для измерения температуры

ОЮЗ СОВЕТСКИОЦИАЛИСТИЧЕСНЕСПУБЛИН 19) (1)0 01 К 11/1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 0 4. Вюл. М 26нерт электроники ел ору ство СССР 1979, . свидетел К 11/12 4111050 опублик. 97 СТ РОЙСТ с одер ьно и НОЕ ТУРЫ оват чник омля ент,елсветающийаналитакжеодному 4 ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(54) (57) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРжашее размещенные последоптически связанные истполяризатор, двулучепрелтермочувствительный элемзатор, два фотоприемникдифференциальный усилите входу которого подключен выход фотоприемника, установленного по ходуодного из двух лучей анализатора совзаимно ортогональной поляризацией,и регистратор, подключенный к выходудифференциального усилителя, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности измерения, в неговведены генератор пилообразного напряжения, компаратор, ключевая схемаи.интегратор, при этом выходы генератора пилообразного напряжения идифференциального усилителя подключены ко входам компаратора, информационный вход ключевой схемы соединенс выходом второго фотоприемника, установленного по ходу другоголуча анализатора, управляющий вход - с выходомкомпаратора, а ее выход через интегратор подключен ко второму входудифФеренциального усилителя,Изобретение относится к приборостроению и может быть использованопри разработке измерителей температуры с полной гальванической развязкойобъекта измерения и регистратора.Известно устройство для измерениятемпературы, содержащее источниксвета, поляризационно-оптический датчик температуры, состоящий из двулучепреломляющего кристалла, размещенногомежду поляризатором и анализатором, 10фотоприемник, установленный эа ана лизатором, и регистратор, подключенный к выходу фотоприемника. Такоеустройство обеспечивает полную электрическую развязку объекта измерения 15и регистратора, что является егобольшим преимуществом, особенно приизмерении температуры объектов, находящихся под высоким электрическимпотенциалом 1 .20Однако это устройство не позволяетдостичь требуемой точности измерения,если уровень светового потока на входе датчика изменяется,Наиболее близким по технической 25сущности к изобретению является оптико-электронное устройство для измерения температуры, содержащее размещенные последовательно и оптическисвязанные источник света, поляризатор, двулучепреломляющий термочувствительный элемент, анализатор,два фотоприемника, а также дифференциальный усилитель, к одному входукоторого подключен выход фотоприемника, установленного по ходу одногоиз двух лучей анализатора со взаимноортогональной поляризацией, и регистратор, подключенный к выходу дифференциального усилителя 2 .В данном устройстве о температуреобъекта судят по разности сигналовна выходах фотоприемников, один изкоторых связан с источником светанепосредственно, а второй - черезтермочувствительный элемент. Этим 45обеспечивается независимость начальных показаний регистратора от уровняоптического сигнала на выходе источника света, Однако при этом происхо.дит неконтролируемое изменение чувствительности устройства, величинакоторой пропорциональна интенсивности источника света, что и приводитв конечном итоге к снижению точности,измерения, 55Целью изобретения является повыше. ние точности измерения.Поставленная цель достигается тем, что в оптико-электронное устройство для измерения температуры, содержащееб 0 размещенные последовательно и оптически связанные источник света, поляризатор, двулучепреломляющий термочувствительный элемент, анализатор, два фотоприемника, а также дифферен циальный усилитель, к одному входу которого подключен выход фотоприемника, установленного по ходу одного из двух лучей анализатора .со взаимно ортогональной поляризацией, и регистратор, подключенный к выходу дифферен. циального усилителя, введены генератор пилообразного напряжения, .компаратор, ключевая схема и интегратор, при этом выходы генератора пилообразного напряжения и дифференциального усилителя подключены ко входам компаратора, информационный вход ключевой схемы соединен с выходом второго фотоприемника, установленного по ходу другого луча анализатора, управ" ляющий вход - с выходом компаратора, а ее выход через интегратор подключен ко второму входу дифференцйального усилителя.Уровень сигнала, подаваемого на второй вход дифФеренциального усилителя с выхода второго фотоприемника регулируется при помощи последоэателЬ- но соединенных ключевой схемы и интегратора. При этом ключевая схема управляется сигналом компаратора, на один из входов которого подано выходное напряжение дифференциального усилителя, на другой " генератора пилообразного напряжения, Это позволяет скорректировать уровень сигнала на втором входе дифференциального усилителя таким образом, что в его выходном сигнале отсутствует составляющая, пропорциональная синфазному изменению оптического сигнала на входе фотоприемников, Поскольку синфазное изменение сигнала фотоприемников вызывается неконтролируемыми изменениями интенсивности источника света, такая коррекция приводит к повышению точности измерения.На чертеже приведена схема устройства.Устройство содержит оптически связанные между собой источник света 1, например оптический квантовый генератор, поляризатор 2 (призма Глана),. двулучепреломляющий термочувствитель ный элемент 3, в качестве которого может быть использован, например, кристалл танталата лития, анализатор 4 призма Воластона), два фотоприемника 5 и 6, дифференциальный усилитель 7, регистратор 8, генератор пилообразного напряжения 9, компаратор 10, ключевуюсхему 11 и интегратор 12.фотОприемники 5 и б установлены за анализатором 4 по ходу двух его лучей со взаимно ортогональной поляризацией, разнесенных на угол около 15" обыкновенный и необыкновенный лучи . Выход первого фотоприемника 5 соединен с одним из входов дифференциального усилителя 7, выход второго1103092 / Фг ЬЧ Рг ОдЧ а 21 с 05 ЬГ(8) т О Оп 21 ЬВ 3(пе-па 1 ИЬГ=ъ.ае, аЬ 8 = - 3 с Ье филиал ППП "Патентф, г, Ужгород, ул.Проектная, 4 Фотоприемника 6 связан с другим вхо. дом дифференциального усипителя 7 через последовательно соединенные ключевую схему 11 и интегратор 12. Выход дифференциального усилителя 7 соединен с входом регистратора 8 и одним из входов компаратора 10 Дру гой вход компаратора 10 соединен с генератором пилообразного напряжения 9, а его выход - с управляющим входом ключевой схемы 11. 10Устройство работает следующим образом,Изменение температуры кристалла термочувствительного элемента 3 приводит к изменению величины его двулу 15 чепреломления, которое выражается в относительном фазовом набеге двух составляющих монохроматического излучения источника света 1, одна иэ которых имеет поляризацию, совпа дающую с поляризацией входного излучения, другая - ортогональную поляризацию (обыкновенная и необыкновенная составляющие). Эта относительная фазовая задержка с Помощью скрещенных поляризатора.2 и анализатора 4 преобразуется в изменение амплитуды оптических сигналов на выходе анализатора 4. Величина разности фаз двух лучей ЬГ зависит от геометрическойдли ны кристаллавдоль направлейия распространения оптического излучения, его длины волны 3, коэффициентов преломпения кристалла для обыкновенного и необыкновенного лучей Па и пе, а также от изменения тем 35 пературы ь 8 40где- температурный коэффициентдвулучепреломления кристалла (для тансалата лития=10град ),Сигналы Ог, и О на выходе Фотоприемников 5 и 6 опредеЛяются квадратом 45амплитуды соответствующих оптическихсигналов на их входе, их чувствительностью (крутизной преобразования)5, и 5, т.е.озп дГ, Ц,р -52 а саб дГ2 50где 1 - интенсивность света на входе термочувствительного элемента 3,Сигнал первого фотоприемника 5подается на один из входов дифференциального усилителя 7 непосредственно,сигнал второго фотоприемника б подается на другой вход усилителя / через последовательно соединенные ключевую схему 11 и интегратор 12, 60На одном из двух входов компаратора 10 действует пилообразное напряже.ВНИИПИ Заказ 4943/30 ние генератора 9 с амплитудой О, и периодом повторения Т, на другом- выходное напряжение О усилителя 7. В моменты времени, когда мгновенное значение пилообразного напряжения меньше выходного напряжения дифферен циального усилителя 7 Од, напряжение на выходе компаратора 10 равно нулю, в остальные моменты времени на выходе компаратора 10 сохраняется постоянный уровень О, Таким обра. зом, на выходе комгаратора 10 формируется последовательность импульсов с длительностью = Оа Т/Оп и перилодом Т . Выходной сигнал компаратора 10 управляет работой ключевой схемы 11, включенной на выходе второго фотоприемника 6, преобразуя его аналоговый сигнал в прямоугольные импульсы напряжения длительностьюпериодом 7 и амплитудой Оу, которые поступают на интегратор 12. В процес се интегрирования (усреднения по периоду Т) на выходе интегратора 12 формируется напряжение Дифференциальный усилитель 7 выделяет разностный сигнал с выходов первого фотоприемника 5 и интегратора 12 ОЧ 9 г Оа "М Ь,О ау ф Ч" Оп 3 яЧ Опгде Ж - коэффициент усиления дифференциального усилителя 7. Еслибы;ОгягО, что достигается соответствующим выбором величины еЬ, то сигнал на выходе дифференциального усилителя 7 удовлетворяет соотноше- нию Оаг О 5 О 1 йпгдГ(91 О 5, в п 2 ЬГ 91У О 5 г 1 а саэгьГ(Щ 6 г с 0%ьГ(8)не зависит от интенсивности источникасвета, а определяется только значением измеряемой температуры.Необходимая величина коэффициента.усиления ьд дифференциального усилителя 7 определяется исходя из заданной точности измерения 3 при известной амплитуде пилообразного напряжения и минимальном уровне сигнала навыходе второго фотоприемника 6 О ми;Ь0ШТак, например, прирО пг 1 п =.10 мВ О =1 В для достижеФг фния точности 1 (3 =0,01) требуетсяк =104 , что вполне достижимо.длясовременных операционных усилителей. Тираж 823 Подписное